JP3804126B2 - 機械式過給機付きエンジンの制御装置 - Google Patents
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械式過給機付きエンジンにおいてシリンダに生起される吸気スワールまたは吸気タンブルの強さを吸入空気量に応じて調節する制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
希薄混合気でも安定した燃焼を得る方法として、シリンダに吸気スワールまたは吸気タンブルを生起して点火栓近傍に燃料を集める混合気の成層化が有効である。
【０００３】
例えば特開平６−２００７６４号公報に開示されたエンジンの吸気装置は、部分負荷運転時の吸気行程の後半に、過給機を迂回する吸気バイパス通路から吸気を供給するとともに、スロットルバルブを迂回するインダクションエア通路から吸気ポートに加圧空気を供給し、加圧空気によってシリンダに吸気スワールを生起するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スワールを生起するべくインダクションエア通路から吸気が導かれる構成のため吸気抵抗が大きく、機関負荷または回転数が高まる領域では、シリンダに吸入される空気量が不足するようになる。このため、吸気スワールを生起しての希薄燃焼領域の拡大には、自ずと制限を受ける。
【０００５】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、機械式過給機付きエンジンの制御装置において、シリンダの吸気流動が強化される運転領域を拡大することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置は、エンジンに吸入される吸気を過給する過給機と、過給機の駆動を制御する過給機駆動制御手段と、シリンダに吸気の旋回流を生起させるスワールコントロールバルブと、吸気弁のバルブリフト量もしくは作動角を調節してシリンダに生起される吸気流動の強さを変えるバルブリフト調節手段と、過給機を迂回してエンジンに吸気を導くバイパス通路と、バイパス通路を開閉するバイパス流量調節弁と、過給機またはバイパス通路に導かれる吸気を絞るスロットルバルブと、第一領域でスワールコントロールバルブを閉じて、吸気弁のバルブリフト量もしくは作動角を小さくしてシリンダに生起される吸気流動を強めるとともに過給機の駆動を停止し、バイパス流量調節弁を全開にしてスロットルバルブの開度を変えて吸入空気量を調節する第一制御手段と、第一領域よりエンジン回転数またはエンジン負荷が高まる第二領域でスワールコントロールバルブを閉じて、吸気弁のバルブリフト量もしくは作動角を小さくしてシリンダに生起される吸気流動を強めるとともに過給機を駆動し、スロットルバルブを全開にしてバイパス流量調節弁の開度を変えて吸入空気量を調節する第二制御手段と、前記第二領域よりエンジン回転数またはエンジン負荷が高まる第三領域で吸気弁のバルブリフト量もしくは作動角を大きくして過給機を駆動するとともに、スロットルバルブを全開にし、バイパス流量調整弁を全閉にして、スワールコントロールバルブの開度を変えて吸入空気量を調節する第三制御手段とを備える。
【０００７】
請求項２に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置は、請求項１に記載の発明において、エンジンに吸入される空気量が増大するのに伴って第一制御手段から第二制御手段に切換える構成とする。
【００１０】
請求項３に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記バルブリフト調節手段は、共通の気筒に設けられた第一吸気弁と第二吸気弁のバルブリフト特性を相違させてシリンダに生起される吸気旋回流を強める構成とする。
【００１１】
請求項４に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置は、請求項１から３のいずれか一つに記載の発明において、第一領域と第二領域でシリンダに供給される混合気の空燃比を理論空燃比より希薄側に調節する構成とする。
【００１２】
【発明の作用および効果】
請求項１に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置によれば、第一領域ではスワールコントロールバルブを閉じて吸気弁のバルブリフト量もしくは作動角を小さくして強い吸気流動を生起する。また、過給機の駆動を停止しているので、バイパス流量調節弁を全開とし、スロットルバルブの開度を変えて吸入空気量を調節する。しかし、この第一領域では、吸気弁のバルブリフト量もしくは作動角を小さくし、過給機の駆動を停止しているため、スロットルバルブを全開してもエンジン回転数または負荷の上昇に伴って吸入空気量が不足する領域が生じる。
【００１３】
第二領域ではスワールコントロールバルブを閉じて、過給機を駆動することによりバルブリフト量もしくは作動角を小さくしても吸入空気量を確保し、強い吸気流動を生起する運転領域を拡大できる。また、バイパス流量調節弁の開度を変えて吸入空気量を調節することにより、スロットルバルブを全開にすることが可能となり、吸気抵抗を減らして、燃費の低減がはかれる。そして、第三領域ではスワールコントロールバルブの開度を変えて調節することにより、スロットルバルブを全開にし、過給機を駆動してバイパス流量調節弁を全閉にして過給圧を高めることができ、バルブリフト量もしくは作動角を大きくすることでシリンダに吸入される空気量を増やして、出力の向上がはかれる。
【００１４】
請求項２に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置によれば、吸入空気量の増大に伴って過給機を駆動することにより、強い吸気流動を生起する運転領域を拡大できる。
【００１８】
請求項３に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置によれば、バルブリフト調節手段は第一吸気弁と第二吸気弁のバルブリフト特性を相違させることにより、シリンダに吸気スワールを生起して、燃焼性を高められる。
【００１９】
請求項４に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置によれば、第一領域と第二領域では吸気弁のバルブリフト量もしくは作動角を小さくしてシリンダに強い吸気流動を生起することにより、シリンダに供給される混合気の空燃比を理論空燃比より希薄側にしても安定した燃焼性が確保され、燃費の低減がはかれる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１に示すように、吸気通路２は一つのシリンダ１に開口する第一吸気ポート１１と第二吸気ポート１２が分岐形成される。第一、第二吸気ポート１１，１２を機関回転に同期して開閉する各吸気弁が配設され、シリンダ１の中央部に臨んで点火栓が配設される。
【００２２】
吸気通路２の途中には燃料を噴射する図示しないインジェクタが設けられる。インジェクタからの燃料噴射量を制御するコントロールユニットは、図示しない各センサによって検出された吸入空気量Ｑａとエンジン回転数Ｎとに基づいて基本噴射量Ｔｐを
Ｔｐ＝Ｋ・Ｑａ／Ｎ ‥‥（１）
ただし、Ｋ；定数
なる式から演算した後、所定のストイキ域で空燃比が理論空燃比を中心とした狭い範囲に収まるように最終的な燃料噴射量Ｔｉを次式で算出して燃料噴射量をフィードバック制御する。
【００２３】
Ｔｉ＝Ｔｐ×α×ＣＯＥＦ＋Ｔｓ …（２）
ただし、αは空燃比フィードバック補正係数、ＣＯＥＦは冷却水温度等をパラメータとした各種補正係数の和、Ｔｓは無効噴射パルス幅である。
【００２４】
この演算された燃料噴射量Ｔｉに対応するパルス信号をインジェクタに出力し、燃料噴射制御を行う。
【００２５】
吸気通路２の途中には、吸気を絞るスロットルバルブ９が介装され、スロットルバルブ９の下流側に吸気を過給する過給機４が介装される。吸気通路２には図示しないエアクリーナから取り込まれた吸気が、スロットルバルブ９を通過した後、過給機４へと導かれ、過給機４からコレクタ３を介して各気筒に分配される。
【００２６】
過給機４に図示しないクランクシャフトの回転が電磁クラッチ１９を介して伝えられる。電磁クラッチ１９はクランクシャフトから過給機４に伝えられる回転力を断続する過給機駆動制御手段を構成する。
【００２７】
吸気通路２には過給機４を迂回して吸気を導くバイパス通路５が設けられる。バイパス通路５の途中にはバイパス流量調節弁７が介装される。バイパス流量調節弁７は図示しないステップモータを介して開閉駆動される。
【００２８】
スロットルバルブ９は図示しないステップモータを介して開閉駆動される。コントロールユニット１４はアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度信号をはじめ機関運転状態を検出する信号を入力し、検出された運転状態に応じてスロットルバルブ９の開度を調節する。
【００２９】
各吸気弁のバルブリフト量および作動角（開弁期間）を調節するバルブリフト調節手段として、図２に示すように、各吸気弁２０を油圧により開閉するバルブリフト調節装置１７が設けられる。
【００３０】
他の実施形態として、バルブリフト調節手段は、プロフィールの異なるカムを複数備え、吸気弁２０の開閉作動に携わるカムを切換える機構を備えることも考えられる。
【００３１】
バルブリフト調節装置１７について説明すると、オイルポンプ２４から吐出される作動油は、アキュームレータ２５から入口側電磁弁２６，２７を介して２つの油通路２８，２９に選択的に供給される。一方の油通路２８に供給された作動油は、エンジン回転に同期して回転するロータリバルブ３０を介して＃１気筒と＃４気筒の各油圧室２２に選択的に供給される。他方の油通路２９に供給された作動油は、エンジン回転に同期して回転するロータリバルブ３１を介して＃２筒と＃３気筒の各油圧室２２に選択的に供給される。各油圧室２２に供給される作動油により、油圧プランジャ２３は各バルブスプリング２１に抗して吸気弁２０を開閉駆動する。各油圧室２２の作動油が各出口側電磁弁３３，３４を介してタンク３５に逃がされることにより、各吸気弁２０が閉弁作動する。
【００３２】
コントロールユニット１４からの出力により、各入口側電磁弁２６，２７の開弁時期が調節されることにより、各吸気弁２０の開弁時期が調節される一方、各出口側電磁弁３３，３４の開弁時期が調節されることにより、各吸気弁２０の最大バルブリフト量および作動角が調節される。
【００３３】
コントロールユニット１４は、図３に示すように、各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を低中高の３段階に調節する。
【００３４】
コントロールユニット１４は、機関回転数を入力するとともに、機関負荷を代表する基本燃料噴射量Ｔｐを入力し、図４のマップに示すように、所定の低中回転数域で吸気弁２０のバルブリフト量を負荷の増大に伴って低リフトから中リフトに切換える。そして、所定の高回転数域で吸気弁２０のバルブリフト量を負荷の増大に伴って中リフトから高リフトに切換える。すなわち、各吸気弁２０のバルブリフト量は、低中速低中負荷域で低リフトに切換えられ、低中速高負荷域と高速低中負荷域で中リフトに切換えられ、高速高負荷域では高リフトに切換えられる。
【００３５】
吸気通路２には第一吸気ポート１１と第二吸気ポート１２の分岐点より上流側にスワールコントロールバルブ１０が介装される。
【００３６】
バタフライ式のスワールコントロールバルブ１０は回転軸１６を介して回動する。円盤状をしたスワールコントロールバルブ１０には、その閉弁位置で吸気を通す切欠き部１５が形成される。切欠き部１５は第二吸気ポート１２より第一吸気ポート１１に大きく対峙するように回転軸１６と同方向にオフセットして開口される。これにより、スワールコントロールバルブ１０はその閉弁時に第二吸気ポート１２を通ってシリンダ１に吸入される吸気流を絞り、第一吸気ポート１１からシリンダ１に流入する吸気量の割合を増やし、シリンダ１にシリンダ軸を中心に旋回するスワールを生起するようになっている。
【００３７】
なお、スワールコントロールバルブ１０に形成される切欠き部１５の位置を変えて、スワールコントロールバルブ１０の閉弁時に、シリンダ１に縦方向に旋回するタンブルを生起する構成としてもよい。
【００３８】
スワールコントロールバルブ５の回転軸１６にアクチューエータ１３が連結される。アクチュエータ１３の作動を制御するコントロールユニット１４は図２に示すマップに基づいて機関負荷と機関回転数によって定められた希薄燃焼領域ではスワールコントロールバルブ１０を閉弁し、希薄燃焼領域以外ではスワールコントロールバルブ１０を開弁する。
【００３９】
コントロールユニット１４は、前述したように負荷と回転数に応じて各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を切換えて吸気スワールの強さを制御するとともに、図５に示すマップに基づいて、電磁クラッチ１９を断続するとともにバイパス流量調節弁７とスロットルバルブ９を開閉して吸入空気量を制御する。
【００４０】
図５に示すように、冷却水温が所定値以上に上昇した暖機後において負荷または回転数がそれぞれ所定値以下となる第一領域では、各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を比較的小さくし、スワールコントロールバルブ１０を全閉位置に保持して吸気スワールを生起する一方、電磁クラッチ１９をＯＦＦにして過給機４の駆動を停止する。このとき、図６に示すように、バイパス流量調節弁７を全開にし、スロットルバルブ９の開度を負荷に比例して大きくする制御が行われ、吸入空気量をスロットルバルブ９の開度によって調節する。
【００４１】
負荷または回転数がそれぞれ所定の中間値となる第二領域では、各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を比較的小さくし、スワールコントロールバルブ１０を全閉位置に保持して吸気スワールを生起する一方、電磁クラッチ１９をＯＮにして過給機４を駆動する。このとき、スロットルバルブ９を全開にし、バイパス流量調節弁７の開度を負荷に比例して小さくする制御が行われ、吸入空気量をバイパス流量調節弁７の開度によって調節する。
【００４２】
負荷または回転数がそれぞれ所定値以上となる第三領域では、各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を比較的大きくし、電磁クラッチ１９をＯＮにして過給機４を駆動し、スロットルバルブ９を全開にするとともに、バイパス流量調節弁７を全閉にし、スワールコントロールバルブ１０の開度を負荷に比例して大きくする制御が行われ、吸入空気量をスワールコントロールバルブ１０によって制御する。
【００４３】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００４４】
各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角か比較的小さく調節されることにより、シリンダ１に流入する吸気速度を高めるとともに、スワールコントロールバルブ１０が全閉位置に保持されることにより、吸気の大部分が切欠き部１５から第一吸気ポート１１を通ってシリンダ１に吸入され、シリンダ１において吸気がシリンダ軸を中心に旋回するスワールが生起される。このスワールによって燃料の多くを点火栓の近傍に集める混合気の成層化がはかれ、シリンダ１の混合気を希薄化しても、安定した燃焼性が確保される。
【００４５】
負荷が所定値ａ以下の第一領域では、各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を第三領域に比べて小さくするとともに、スワールコントロールバルブ１０を全閉位置に保持して強い吸気スワールを生起し、希薄燃焼が行われる。このとき、電磁クラッチ１９をＯＦＦにして過給機４の駆動を停止するとともに、バイパス流量調節弁７を全開にし、吸入空気量をスロットルバルブ９の開度によって調節する。
【００４６】
負荷が所定値ａに到達すると、スロットルバルブ９が全開し、それ以上負荷が高くなっても吸入空気量を増やすことができない。
【００４７】
負荷が所定値ａより高く所定値ｂより低い第二領域では、引き続いて各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を第三領域に比べて小さくし、スワールコントロールバルブ１０を全閉位置に保持して強い吸気スワールを生起し、希薄燃焼が行われる。このとき、電磁クラッチ１９をＯＮにして過給機４を駆動するとともに、スロットルバルブ９を全開にし、吸入空気量をバイパス流量調節弁７の開度によって調節する。
【００４８】
すなわち、負荷が所定値ａを越えると、過給機を持たない機関の場合吸入空気量を確保するため各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を大きくするとともに、スワールコントロールバルブを開弁しなければならないが、本発明では過給機４を駆動することにより、各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を第三領域に比べて小さくし、スワールコントロールバルブ１０を全閉位置に保持して強い吸気スワールを生起することが可能となり、シリンダ１の混合気を理論空燃比より希薄化する希薄燃焼領域を第一領域から第二領域まで拡大することができる。
【００４９】
負荷が所定値ｂに到達すると、バイパス流量調節弁７が全閉し、それ以上負荷が高くなっても吸入空気量を増やすことができない。
【００５０】
負荷が所定値ｂより高くなる第三領域では、各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を第一領域または第二領域に比べて大きくし、負荷が上昇するのに伴ってスワールコントロールバルブ１０を開いて吸入空気量を調節する。各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角が大きくなり、スワールコントロールバルブ１０が開かれるのに伴って、シリンダ１に生起される吸気スワールは弱められるが、シリンダ１に供給される混合気を理論空燃比またはリッチ側に調節することにより、安定した燃焼性が確保される。
【００５１】
次に、他の実施形態として、コントロールユニット１４は、図７のマップに示すように、所定の低中回転数域で吸気弁２０のバルブリフト量を中リフトに保持する。そして、所定の高回転数域で吸気弁２０のバルブリフト量を負荷の増大に伴って中リフトから高リフトに切換える。すなわち、各吸気弁２０のバルブリフト量は、低中速域と高速低中負荷域で中リフトに切換えられ、高速高負荷域では高リフトに切換えられる。
【００５２】
この場合も、高速域において負荷が所定値ａ以下の第一領域では、各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を第三領域に比べて小さくし、シリンダ１に流入する吸気流速を高めて強い吸気スワールを生起し、希薄燃焼が行われる。このとき、電磁クラッチ１９をＯＦＦにして過給機４の駆動を停止するとともに、バイパス流量調節弁７を全開にし、吸入空気量をスロットルバルブ９の開度によって調節する。
【００５３】
高速域において負荷が所定値ａより高く所定値ｂより低い第二領域では、引き続いて各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を第三領域に比べて小さくし、シリンダ１に流入する吸気流速を高めて強い吸気スワールを生起し、希薄燃焼が行われる。このとき、電磁クラッチ１９をＯＮにして過給機４を駆動するとともに、スロットルバルブ９を全開にし、吸入空気量をバイパス流量調節弁７の開度によって調節する。
【００５４】
こうして、吸入空気量が不足する負荷領域で過給機４を駆動することにより、シリンダ１の混合気を理論空燃比より希薄化する希薄燃焼領域を第一領域から第二領域まで拡大することができる。
【００５５】
次に、他の実施形態として、コントロールユニット１４は、図８のマップに示すように、低中負荷域で各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を相違させ、スワールコントロールバルブを用いずにシリンダ１に吸気スワールを生起するようになっている。
【００５６】
各吸気弁２０のバルブリフト量は、低中速低中負荷域で第一吸気ポート１１の吸気弁２０が中リフトに第二吸気ポート１２の吸気弁２０が高リフトにそれぞれ切換えられ、負荷の増大に伴って両吸気弁２０が共に中リフトに切換えられる。そして、高速低中負荷域で第一吸気ポート１１の吸気弁２０が中リフトに第二吸気ポート１２の吸気弁２０が高リフトにそれぞれ切換えられ、負荷の増大に伴って両吸気弁２０が共に高リフトに切換えられる。
【００５７】
この場合も、高速域において負荷が所定値ａ以下の第一領域では、各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を第三領域に比べて小さくし、シリンダ１に流入する吸気流速を高めて強い吸気スワールを生起し、希薄燃焼が行われる。このとき、電磁クラッチ１９をＯＦＦにして過給機４の駆動を停止するとともに、バイパス流量調節弁７を全開にし、吸入空気量をスロットルバルブ９の開度によって調節する。
【００５８】
高速域において負荷が所定値ａより高く所定値ｂより低い第二領域では、引き続いて各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を第三領域に比べて小さくし、シリンダ１に流入する吸気流速を高めて強い吸気スワールを生起し、希薄燃焼が行われる。このとき、電磁クラッチ１９をＯＮにして過給機４を駆動するとともに、スロットルバルブ９を全開にし、吸入空気量をバイパス流量調節弁７の開度によって調節する。
【００５９】
こうして、吸入空気量が不足する負荷領域で過給機４を駆動することにより、シリンダ１の混合気を理論空燃比より希薄化する希薄燃焼領域を第一領域から第二領域まで拡大することができる。
【００６０】
次に、他の実施形態として、コントロールユニット１４は、図９のマップに示すように、高速低中負荷域で各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を相違させ、スワールコントロールバルブを用いずにシリンダ１に吸気スワールを生起するようになっている。
【００６１】
各吸気弁２０のバルブリフト量は、低中速域で両吸気弁２０が共に中リフトに切換えられる。そして、高速低中負荷域で第一吸気ポート１１の吸気弁２０が中リフトに第二吸気ポート１２の吸気弁２０が高リフトにそれぞれ切換えられ、負荷の増大に伴って両吸気弁２０が共に高リフトに切換えられる。
【００６２】
この場合も、高速域において負荷が所定値ａ以下の第一領域では、各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を第三領域に比べて小さくし、シリンダ１に流入する吸気流速を高めて強い吸気スワールを生起し、希薄燃焼が行われる。このとき、電磁クラッチ１９をＯＦＦにして過給機４の駆動を停止するとともに、バイパス流量調節弁７を全開にし、吸入空気量をスロットルバルブ９の開度によって調節する。
【００６３】
高速域において負荷が所定値ａより高く所定値ｂより低い第二領域では、引き続いて各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を第三領域に比べて小さくし、シリンダ１に流入する吸気流速を高めて強い吸気スワールを生起し、希薄燃焼が行われる。このとき、電磁クラッチ１９をＯＮにして過給機４を駆動するとともに、スロットルバルブ９を全開にし、吸入空気量をバイパス流量調節弁７の開度によって調節する。
【００６４】
こうして、吸入空気量が不足する負荷領域で過給機４を駆動することにより、シリンダ１の混合気を理論空燃比より希薄化する希薄燃焼領域を第一領域から第二領域まで拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すシステム図。
【図２】同じくバルブリフト調節装置の断面図。
【図３】同じくクランク角に応じたバルブリフト量の特性図。
【図４】同じくバルブリフト量と過給機の制御特性図。
【図５】同じく制御領域を設定した図。
【図６】同じく制御特性図。
【図７】他の実施形態を示すバルブリフト量と過給機の制御特性図。
【図８】さらに他の実施形態を示すバルブリフト量と過給機の制御特性図。
【図９】さらに他の実施形態を示すバルブリフト量と過給機の制御特性図。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 吸気通路
４ 過給機
５ バイパス通路
７ バイパス流量調節弁
９ スロットルバルブ
１０ スワールコントロールバルブ
１１ 第一吸気ポート
１２ 第二吸気ポート
１４ コントロールユニット
１７ バルブリフト調節装置
１９ 電磁クラッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械式過給機付きエンジンにおいてシリンダに生起される吸気スワールまたは吸気タンブルの強さを吸入空気量に応じて調節する制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
希薄混合気でも安定した燃焼を得る方法として、シリンダに吸気スワールまたは吸気タンブルを生起して点火栓近傍に燃料を集める混合気の成層化が有効である。
【０００３】
例えば特開平６−２００７６４号公報に開示されたエンジンの吸気装置は、部分負荷運転時の吸気行程の後半に、過給機を迂回する吸気バイパス通路から吸気を供給するとともに、スロットルバルブを迂回するインダクションエア通路から吸気ポートに加圧空気を供給し、加圧空気によってシリンダに吸気スワールを生起するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スワールを生起するべくインダクションエア通路から吸気が導かれる構成のため吸気抵抗が大きく、機関負荷または回転数が高まる領域では、シリンダに吸入される空気量が不足するようになる。このため、吸気スワールを生起しての希薄燃焼領域の拡大には、自ずと制限を受ける。
【０００５】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、機械式過給機付きエンジンの制御装置において、シリンダの吸気流動が強化される運転領域を拡大することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置は、エンジンに吸入される吸気を過給する過給機と、過給機の駆動を制御する過給機駆動制御手段と、シリンダに吸気の旋回流を生起させるスワールコントロールバルブと、吸気弁のバルブリフト量もしくは作動角を調節してシリンダに生起される吸気流動の強さを変えるバルブリフト調節手段と、過給機を迂回してエンジンに吸気を導くバイパス通路と、バイパス通路を開閉するバイパス流量調節弁と、過給機またはバイパス通路に導かれる吸気を絞るスロットルバルブと、第一領域でスワールコントロールバルブを閉じて、吸気弁のバルブリフト量もしくは作動角を小さくしてシリンダに生起される吸気流動を強めるとともに過給機の駆動を停止し、バイパス流量調節弁を全開にしてスロットルバルブの開度を変えて吸入空気量を調節する第一制御手段と、第一領域よりエンジン回転数またはエンジン負荷が高まる第二領域でスワールコントロールバルブを閉じて、吸気弁のバルブリフト量もしくは作動角を小さくしてシリンダに生起される吸気流動を強めるとともに過給機を駆動し、スロットルバルブを全開にしてバイパス流量調節弁の開度を変えて吸入空気量を調節する第二制御手段と、前記第二領域よりエンジン回転数またはエンジン負荷が高まる第三領域で吸気弁のバルブリフト量もしくは作動角を大きくして過給機を駆動するとともに、スロットルバルブを全開にし、バイパス流量調整弁を全閉にして、スワールコントロールバルブの開度を変えて吸入空気量を調節する第三制御手段とを備える。
【０００７】
請求項２に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置は、請求項１に記載の発明において、エンジンに吸入される空気量が増大するのに伴って第一制御手段から第二制御手段に切換える構成とする。
【００１０】
請求項３に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記バルブリフト調節手段は、共通の気筒に設けられた第一吸気弁と第二吸気弁のバルブリフト特性を相違させてシリンダに生起される吸気旋回流を強める構成とする。
【００１１】
請求項４に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置は、請求項１から３のいずれか一つに記載の発明において、第一領域と第二領域でシリンダに供給される混合気の空燃比を理論空燃比より希薄側に調節する構成とする。
【００１２】
【発明の作用および効果】
請求項１に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置によれば、第一領域ではスワールコントロールバルブを閉じて吸気弁のバルブリフト量もしくは作動角を小さくして強い吸気流動を生起する。また、過給機の駆動を停止しているので、バイパス流量調節弁を全開とし、スロットルバルブの開度を変えて吸入空気量を調節する。しかし、この第一領域では、吸気弁のバルブリフト量もしくは作動角を小さくし、過給機の駆動を停止しているため、スロットルバルブを全開してもエンジン回転数または負荷の上昇に伴って吸入空気量が不足する領域が生じる。
【００１３】
第二領域ではスワールコントロールバルブを閉じて、過給機を駆動することによりバルブリフト量もしくは作動角を小さくしても吸入空気量を確保し、強い吸気流動を生起する運転領域を拡大できる。また、バイパス流量調節弁の開度を変えて吸入空気量を調節することにより、スロットルバルブを全開にすることが可能となり、吸気抵抗を減らして、燃費の低減がはかれる。そして、第三領域ではスワールコントロールバルブの開度を変えて調節することにより、スロットルバルブを全開にし、過給機を駆動してバイパス流量調節弁を全閉にして過給圧を高めることができ、バルブリフト量もしくは作動角を大きくすることでシリンダに吸入される空気量を増やして、出力の向上がはかれる。
【００１４】
請求項２に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置によれば、吸入空気量の増大に伴って過給機を駆動することにより、強い吸気流動を生起する運転領域を拡大できる。
【００１８】
請求項３に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置によれば、バルブリフト調節手段は第一吸気弁と第二吸気弁のバルブリフト特性を相違させることにより、シリンダに吸気スワールを生起して、燃焼性を高められる。
【００１９】
請求項４に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置によれば、第一領域と第二領域では吸気弁のバルブリフト量もしくは作動角を小さくしてシリンダに強い吸気流動を生起することにより、シリンダに供給される混合気の空燃比を理論空燃比より希薄側にしても安定した燃焼性が確保され、燃費の低減がはかれる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１に示すように、吸気通路２は一つのシリンダ１に開口する第一吸気ポート１１と第二吸気ポート１２が分岐形成される。第一、第二吸気ポート１１，１２を機関回転に同期して開閉する各吸気弁が配設され、シリンダ１の中央部に臨んで点火栓が配設される。
【００２２】
吸気通路２の途中には燃料を噴射する図示しないインジェクタが設けられる。インジェクタからの燃料噴射量を制御するコントロールユニットは、図示しない各センサによって検出された吸入空気量Ｑａとエンジン回転数Ｎとに基づいて基本噴射量Ｔｐを
Ｔｐ＝Ｋ・Ｑａ／Ｎ ‥‥（１）
ただし、Ｋ；定数
なる式から演算した後、所定のストイキ域で空燃比が理論空燃比を中心とした狭い範囲に収まるように最終的な燃料噴射量Ｔｉを次式で算出して燃料噴射量をフィードバック制御する。
【００２３】
Ｔｉ＝Ｔｐ×α×ＣＯＥＦ＋Ｔｓ …（２）
ただし、αは空燃比フィードバック補正係数、ＣＯＥＦは冷却水温度等をパラメータとした各種補正係数の和、Ｔｓは無効噴射パルス幅である。
【００２４】
この演算された燃料噴射量Ｔｉに対応するパルス信号をインジェクタに出力し、燃料噴射制御を行う。
【００２５】
吸気通路２の途中には、吸気を絞るスロットルバルブ９が介装され、スロットルバルブ９の下流側に吸気を過給する過給機４が介装される。吸気通路２には図示しないエアクリーナから取り込まれた吸気が、スロットルバルブ９を通過した後、過給機４へと導かれ、過給機４からコレクタ３を介して各気筒に分配される。
【００２６】
過給機４に図示しないクランクシャフトの回転が電磁クラッチ１９を介して伝えられる。電磁クラッチ１９はクランクシャフトから過給機４に伝えられる回転力を断続する過給機駆動制御手段を構成する。
【００２７】
吸気通路２には過給機４を迂回して吸気を導くバイパス通路５が設けられる。バイパス通路５の途中にはバイパス流量調節弁７が介装される。バイパス流量調節弁７は図示しないステップモータを介して開閉駆動される。
【００２８】
スロットルバルブ９は図示しないステップモータを介して開閉駆動される。コントロールユニット１４はアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度信号をはじめ機関運転状態を検出する信号を入力し、検出された運転状態に応じてスロットルバルブ９の開度を調節する。
【００２９】
各吸気弁のバルブリフト量および作動角（開弁期間）を調節するバルブリフト調節手段として、図２に示すように、各吸気弁２０を油圧により開閉するバルブリフト調節装置１７が設けられる。
【００３０】
他の実施形態として、バルブリフト調節手段は、プロフィールの異なるカムを複数備え、吸気弁２０の開閉作動に携わるカムを切換える機構を備えることも考えられる。
【００３１】
バルブリフト調節装置１７について説明すると、オイルポンプ２４から吐出される作動油は、アキュームレータ２５から入口側電磁弁２６，２７を介して２つの油通路２８，２９に選択的に供給される。一方の油通路２８に供給された作動油は、エンジン回転に同期して回転するロータリバルブ３０を介して＃１気筒と＃４気筒の各油圧室２２に選択的に供給される。他方の油通路２９に供給された作動油は、エンジン回転に同期して回転するロータリバルブ３１を介して＃２筒と＃３気筒の各油圧室２２に選択的に供給される。各油圧室２２に供給される作動油により、油圧プランジャ２３は各バルブスプリング２１に抗して吸気弁２０を開閉駆動する。各油圧室２２の作動油が各出口側電磁弁３３，３４を介してタンク３５に逃がされることにより、各吸気弁２０が閉弁作動する。
【００３２】
コントロールユニット１４からの出力により、各入口側電磁弁２６，２７の開弁時期が調節されることにより、各吸気弁２０の開弁時期が調節される一方、各出口側電磁弁３３，３４の開弁時期が調節されることにより、各吸気弁２０の最大バルブリフト量および作動角が調節される。
【００３３】
コントロールユニット１４は、図３に示すように、各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を低中高の３段階に調節する。
【００３４】
コントロールユニット１４は、機関回転数を入力するとともに、機関負荷を代表する基本燃料噴射量Ｔｐを入力し、図４のマップに示すように、所定の低中回転数域で吸気弁２０のバルブリフト量を負荷の増大に伴って低リフトから中リフトに切換える。そして、所定の高回転数域で吸気弁２０のバルブリフト量を負荷の増大に伴って中リフトから高リフトに切換える。すなわち、各吸気弁２０のバルブリフト量は、低中速低中負荷域で低リフトに切換えられ、低中速高負荷域と高速低中負荷域で中リフトに切換えられ、高速高負荷域では高リフトに切換えられる。
【００３５】
吸気通路２には第一吸気ポート１１と第二吸気ポート１２の分岐点より上流側にスワールコントロールバルブ１０が介装される。
【００３６】
バタフライ式のスワールコントロールバルブ１０は回転軸１６を介して回動する。円盤状をしたスワールコントロールバルブ１０には、その閉弁位置で吸気を通す切欠き部１５が形成される。切欠き部１５は第二吸気ポート１２より第一吸気ポート１１に大きく対峙するように回転軸１６と同方向にオフセットして開口される。これにより、スワールコントロールバルブ１０はその閉弁時に第二吸気ポート１２を通ってシリンダ１に吸入される吸気流を絞り、第一吸気ポート１１からシリンダ１に流入する吸気量の割合を増やし、シリンダ１にシリンダ軸を中心に旋回するスワールを生起するようになっている。
【００３７】
なお、スワールコントロールバルブ１０に形成される切欠き部１５の位置を変えて、スワールコントロールバルブ１０の閉弁時に、シリンダ１に縦方向に旋回するタンブルを生起する構成としてもよい。
【００３８】
スワールコントロールバルブ５の回転軸１６にアクチューエータ１３が連結される。アクチュエータ１３の作動を制御するコントロールユニット１４は図２に示すマップに基づいて機関負荷と機関回転数によって定められた希薄燃焼領域ではスワールコントロールバルブ１０を閉弁し、希薄燃焼領域以外ではスワールコントロールバルブ１０を開弁する。
【００３９】
コントロールユニット１４は、前述したように負荷と回転数に応じて各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を切換えて吸気スワールの強さを制御するとともに、図５に示すマップに基づいて、電磁クラッチ１９を断続するとともにバイパス流量調節弁７とスロットルバルブ９を開閉して吸入空気量を制御する。
【００４０】
図５に示すように、冷却水温が所定値以上に上昇した暖機後において負荷または回転数がそれぞれ所定値以下となる第一領域では、各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を比較的小さくし、スワールコントロールバルブ１０を全閉位置に保持して吸気スワールを生起する一方、電磁クラッチ１９をＯＦＦにして過給機４の駆動を停止する。このとき、図６に示すように、バイパス流量調節弁７を全開にし、スロットルバルブ９の開度を負荷に比例して大きくする制御が行われ、吸入空気量をスロットルバルブ９の開度によって調節する。
【００４１】
負荷または回転数がそれぞれ所定の中間値となる第二領域では、各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を比較的小さくし、スワールコントロールバルブ１０を全閉位置に保持して吸気スワールを生起する一方、電磁クラッチ１９をＯＮにして過給機４を駆動する。このとき、スロットルバルブ９を全開にし、バイパス流量調節弁７の開度を負荷に比例して小さくする制御が行われ、吸入空気量をバイパス流量調節弁７の開度によって調節する。
【００４２】
負荷または回転数がそれぞれ所定値以上となる第三領域では、各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を比較的大きくし、電磁クラッチ１９をＯＮにして過給機４を駆動し、スロットルバルブ９を全開にするとともに、バイパス流量調節弁７を全閉にし、スワールコントロールバルブ１０の開度を負荷に比例して大きくする制御が行われ、吸入空気量をスワールコントロールバルブ１０によって制御する。
【００４３】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００４４】
各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角か比較的小さく調節されることにより、シリンダ１に流入する吸気速度を高めるとともに、スワールコントロールバルブ１０が全閉位置に保持されることにより、吸気の大部分が切欠き部１５から第一吸気ポート１１を通ってシリンダ１に吸入され、シリンダ１において吸気がシリンダ軸を中心に旋回するスワールが生起される。このスワールによって燃料の多くを点火栓の近傍に集める混合気の成層化がはかれ、シリンダ１の混合気を希薄化しても、安定した燃焼性が確保される。
【００４５】
負荷が所定値ａ以下の第一領域では、各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を第三領域に比べて小さくするとともに、スワールコントロールバルブ１０を全閉位置に保持して強い吸気スワールを生起し、希薄燃焼が行われる。このとき、電磁クラッチ１９をＯＦＦにして過給機４の駆動を停止するとともに、バイパス流量調節弁７を全開にし、吸入空気量をスロットルバルブ９の開度によって調節する。
【００４６】
負荷が所定値ａに到達すると、スロットルバルブ９が全開し、それ以上負荷が高くなっても吸入空気量を増やすことができない。
【００４７】
負荷が所定値ａより高く所定値ｂより低い第二領域では、引き続いて各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を第三領域に比べて小さくし、スワールコントロールバルブ１０を全閉位置に保持して強い吸気スワールを生起し、希薄燃焼が行われる。このとき、電磁クラッチ１９をＯＮにして過給機４を駆動するとともに、スロットルバルブ９を全開にし、吸入空気量をバイパス流量調節弁７の開度によって調節する。
【００４８】
すなわち、負荷が所定値ａを越えると、過給機を持たない機関の場合吸入空気量を確保するため各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を大きくするとともに、スワールコントロールバルブを開弁しなければならないが、本発明では過給機４を駆動することにより、各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を第三領域に比べて小さくし、スワールコントロールバルブ１０を全閉位置に保持して強い吸気スワールを生起することが可能となり、シリンダ１の混合気を理論空燃比より希薄化する希薄燃焼領域を第一領域から第二領域まで拡大することができる。
【００４９】
負荷が所定値ｂに到達すると、バイパス流量調節弁７が全閉し、それ以上負荷が高くなっても吸入空気量を増やすことができない。
【００５０】
負荷が所定値ｂより高くなる第三領域では、各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を第一領域または第二領域に比べて大きくし、負荷が上昇するのに伴ってスワールコントロールバルブ１０を開いて吸入空気量を調節する。各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角が大きくなり、スワールコントロールバルブ１０が開かれるのに伴って、シリンダ１に生起される吸気スワールは弱められるが、シリンダ１に供給される混合気を理論空燃比またはリッチ側に調節することにより、安定した燃焼性が確保される。
【００５１】
次に、他の実施形態として、コントロールユニット１４は、図７のマップに示すように、所定の低中回転数域で吸気弁２０のバルブリフト量を中リフトに保持する。そして、所定の高回転数域で吸気弁２０のバルブリフト量を負荷の増大に伴って中リフトから高リフトに切換える。すなわち、各吸気弁２０のバルブリフト量は、低中速域と高速低中負荷域で中リフトに切換えられ、高速高負荷域では高リフトに切換えられる。
【００５２】
この場合も、高速域において負荷が所定値ａ以下の第一領域では、各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を第三領域に比べて小さくし、シリンダ１に流入する吸気流速を高めて強い吸気スワールを生起し、希薄燃焼が行われる。このとき、電磁クラッチ１９をＯＦＦにして過給機４の駆動を停止するとともに、バイパス流量調節弁７を全開にし、吸入空気量をスロットルバルブ９の開度によって調節する。
【００５３】
高速域において負荷が所定値ａより高く所定値ｂより低い第二領域では、引き続いて各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を第三領域に比べて小さくし、シリンダ１に流入する吸気流速を高めて強い吸気スワールを生起し、希薄燃焼が行われる。このとき、電磁クラッチ１９をＯＮにして過給機４を駆動するとともに、スロットルバルブ９を全開にし、吸入空気量をバイパス流量調節弁７の開度によって調節する。
【００５４】
こうして、吸入空気量が不足する負荷領域で過給機４を駆動することにより、シリンダ１の混合気を理論空燃比より希薄化する希薄燃焼領域を第一領域から第二領域まで拡大することができる。
【００５５】
次に、他の実施形態として、コントロールユニット１４は、図８のマップに示すように、低中負荷域で各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を相違させ、スワールコントロールバルブを用いずにシリンダ１に吸気スワールを生起するようになっている。
【００５６】
各吸気弁２０のバルブリフト量は、低中速低中負荷域で第一吸気ポート１１の吸気弁２０が中リフトに第二吸気ポート１２の吸気弁２０が高リフトにそれぞれ切換えられ、負荷の増大に伴って両吸気弁２０が共に中リフトに切換えられる。そして、高速低中負荷域で第一吸気ポート１１の吸気弁２０が中リフトに第二吸気ポート１２の吸気弁２０が高リフトにそれぞれ切換えられ、負荷の増大に伴って両吸気弁２０が共に高リフトに切換えられる。
【００５７】
この場合も、高速域において負荷が所定値ａ以下の第一領域では、各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を第三領域に比べて小さくし、シリンダ１に流入する吸気流速を高めて強い吸気スワールを生起し、希薄燃焼が行われる。このとき、電磁クラッチ１９をＯＦＦにして過給機４の駆動を停止するとともに、バイパス流量調節弁７を全開にし、吸入空気量をスロットルバルブ９の開度によって調節する。
【００５８】
高速域において負荷が所定値ａより高く所定値ｂより低い第二領域では、引き続いて各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を第三領域に比べて小さくし、シリンダ１に流入する吸気流速を高めて強い吸気スワールを生起し、希薄燃焼が行われる。このとき、電磁クラッチ１９をＯＮにして過給機４を駆動するとともに、スロットルバルブ９を全開にし、吸入空気量をバイパス流量調節弁７の開度によって調節する。
【００５９】
こうして、吸入空気量が不足する負荷領域で過給機４を駆動することにより、シリンダ１の混合気を理論空燃比より希薄化する希薄燃焼領域を第一領域から第二領域まで拡大することができる。
【００６０】
次に、他の実施形態として、コントロールユニット１４は、図９のマップに示すように、高速低中負荷域で各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を相違させ、スワールコントロールバルブを用いずにシリンダ１に吸気スワールを生起するようになっている。
【００６１】
各吸気弁２０のバルブリフト量は、低中速域で両吸気弁２０が共に中リフトに切換えられる。そして、高速低中負荷域で第一吸気ポート１１の吸気弁２０が中リフトに第二吸気ポート１２の吸気弁２０が高リフトにそれぞれ切換えられ、負荷の増大に伴って両吸気弁２０が共に高リフトに切換えられる。
【００６２】
この場合も、高速域において負荷が所定値ａ以下の第一領域では、各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を第三領域に比べて小さくし、シリンダ１に流入する吸気流速を高めて強い吸気スワールを生起し、希薄燃焼が行われる。このとき、電磁クラッチ１９をＯＦＦにして過給機４の駆動を停止するとともに、バイパス流量調節弁７を全開にし、吸入空気量をスロットルバルブ９の開度によって調節する。
【００６３】
高速域において負荷が所定値ａより高く所定値ｂより低い第二領域では、引き続いて各吸気弁２０のバルブリフト量および作動角を第三領域に比べて小さくし、シリンダ１に流入する吸気流速を高めて強い吸気スワールを生起し、希薄燃焼が行われる。このとき、電磁クラッチ１９をＯＮにして過給機４を駆動するとともに、スロットルバルブ９を全開にし、吸入空気量をバイパス流量調節弁７の開度によって調節する。
【００６４】
こうして、吸入空気量が不足する負荷領域で過給機４を駆動することにより、シリンダ１の混合気を理論空燃比より希薄化する希薄燃焼領域を第一領域から第二領域まで拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すシステム図。
【図２】同じくバルブリフト調節装置の断面図。
【図３】同じくクランク角に応じたバルブリフト量の特性図。
【図４】同じくバルブリフト量と過給機の制御特性図。
【図５】同じく制御領域を設定した図。
【図６】同じく制御特性図。
【図７】他の実施形態を示すバルブリフト量と過給機の制御特性図。
【図８】さらに他の実施形態を示すバルブリフト量と過給機の制御特性図。
【図９】さらに他の実施形態を示すバルブリフト量と過給機の制御特性図。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 吸気通路
４ 過給機
５ バイパス通路
７ バイパス流量調節弁
９ スロットルバルブ
１０ スワールコントロールバルブ
１１ 第一吸気ポート
１２ 第二吸気ポート
１４ コントロールユニット
１７ バルブリフト調節装置
１９ 電磁クラッチ
Claims (4)
- エンジンに吸入される吸気を過給する過給機と、
過給機の駆動を制御する過給機駆動制御手段と、
シリンダに吸気の旋回流を生起させるスワールコントロールバルブと、
吸気弁のバルブリフト量もしくは作動角を調節してシリンダに生起される吸気流動の強さを変えるバルブリフト調節手段と、
過給機を迂回してエンジンに吸気を導くバイパス通路と、
バイパス通路を開閉するバイパス流量調節弁と、
過給機またはバイパス通路に導かれる吸気を絞るスロットルバルブと、
第一領域でスワールコントロールバルブを閉じて、吸気弁のバルブリフト量もしくは作動角を小さくしてシリンダに生起される吸気流動を強めるとともに過給機の駆動を停止し、バイパス流量調節弁を全開にしてスロットルバルブの開度を変えて吸入空気量を調節する第一制御手段と、
第一領域よりエンジン回転数またはエンジン負荷が高まる第二領域でスワールコントロールバルブを閉じて、吸気弁のバルブリフト量もしくは作動角を小さくしてシリンダに生起される吸気流動を強めるとともに過給機を駆動し、スロットルバルブを全開にしてバイパス流量調節弁の開度を変えて吸入空気量を調節する第二制御手段と、
前記第二領域よりエンジン回転数またはエンジン負荷が高まる第三領域で吸気弁のバルブリフト量もしくは作動角を大きくして過給機を駆動するとともに、スロットルバルブを全開にし、バイパス流量調整弁を全閉にして、スワールコントロールバルブの開度を変えて吸入空気量を調節する第三制御手段と、
を備えたことを特徴とする機械式過給機付きエンジンの制御装置。 - エンジンに吸入される空気量が増大するのに伴って第一制御手段から第二制御手段に切換える構成としたことを特徴とする請求項１に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置。
- 前記バルブリフト調節手段は、共通の気筒に設けられた第一吸気弁と第二吸気弁のバルブリフト特性を相違させてシリンダに生起される吸気流動を強める構成としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置。
- 第一領域と第二領域でシリンダに供給される混合気の空燃比を理論空燃比より希薄側に調節する構成としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の機械式過給機付きエンジンの制御装置。
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